手機充電器裡，竟然藏著最前沿的半導體材料？

發現沒有，手機這幾年是越做越輕薄，可手機充電器的個頭，卻是越來越大。

這是小米和IQOO的兩款原裝充電器，個頭都快趕上一部iPhone4了。手機廠商可以在處理器、攝像頭、螢幕上不惜重金搞研發，為什麼就不能把充電器變得小一點呢？

今天我們來聊聊充電器尺寸這件事，順便暴力拆解一下市面上尺寸較小的快充頭，來探尋一下事情的真相。

先簡單講講原理。

充電器要把插座裡220V 50Hz的交流電換成低壓直流電才能給手機充電，在這個過程中，變壓器的大小直接影響充電器的體積，如果你還記得高中物理知識，會記得電壓變化的核心原理，是兩個線圈在電磁感應作用下實現的。

這個過程中用到的法拉第電磁感應定律，可以用這樣一個公式（U=2π*f*N*Bm*S/√2）來表示，而各符號的對應關係是這樣的。

其中，鐵芯橫截面積S和每伏匝數N，可以決定變壓器的體積，從而直接影響充電器的大小。

在現實應用場景中，考慮到電路損耗、發熱等各方面因素，N、S是不能隨意縮小的。

如果一定要把它縮小的話，比較有效的辦法就是提高交流電頻率f。

所以概括目前充電器縮小體積的主流技術，都是先將插座裡的220V 50Hz的交流電源轉化成高壓直流電，再通過半導體開關管將其轉化為一個頻率更高的脈動電流，頻率f提升了，充電器的體積就相應縮小了。

這種開關晶片，之前使用的半導體材料主要是矽或鍺，在實際應用中，提升電源頻率到100kHz左右也就到頭了。

這個上限的存在，使得快充功率增加後，充電器的塊頭只能變得越來越大。

如果想在進一步提高充電功率、實現更快充電速度的同時，不增加充電器體積甚至縮小體積，就需要找到比矽更扛造的半導體材料。

答案就是我們總能聽到快充廠商提到的氮化鎵。更進一步說的話，氮化鎵這種第三代半導體材料，具備耐高溫高壓以及功率密度大的特性。

使用了氮化鎵晶片的充電器，將原本矽基晶片的開關頻率從100kHz提升到了1000kHz，能讓充電器體積小的同時實現高功率充電。

不過由於氮化鎵晶片現階段生產製造難度較大，成本居高不下，所以除了充電器之外，它目前還沒有大規模應用於普通消費品，更多是被用在5G基站、軍事雷達、低軌衛星等這些高頻高功率高溫高電壓的高新科技場景中。

那麼氮化鎵做的半導體晶片，到底長什麼樣？氮化鎵充電器的效能又如何呢？

為了滿足好奇心，我們決定用Anker最新上市的產品氮化鎵超能充65W充電器，來做拆解和測試。

經過實驗室Tony老師的一頓操作，在清理掉厚厚的散熱材料後，我們就拿到了這塊Anker超能充的核心部分。

因為採用的三板堆疊技術，讓充電器內部佈局實現了進一步的優化，才將體積壓縮到了現在看到的樣子。

其中，這兩顆小小的晶片，就是我們前面提到的，用氮化鎵材料製成的第三代半導體。尺寸上，較大的那一塊其實比指甲蓋還要小。而這個Logo，則代表主攻電源晶片的美國PI公司生產，是這個領域比較領先的公司。

這款Anker氮化鎵超能充能相容市面上主流的充電協議，可以提供不同功率的輸出。在實測中我們接入了各種不同品牌的手機，基本都能實現快充。

除了可以給不同品牌的手機充電之外，它還可以給膝上型電腦、平板電腦、遊戲機等裝置充電，尤其適合蘋果全家桶使用者。

我們將它與Macbook Pro的61w原裝充電器做了個對比測試。對同一臺剩餘20%電量的電腦進行充電，分別插上體積和重量懸殊的兩款充電器。

30分鐘過去後，使用蘋果原裝充電器的電腦電量升到了64%，使用Anker超能充的這臺升到了62%。

而且用電錶測試可以發現，充電過程中的最高功率，一度達到了56W。

而我們用測溫槍觀測了一下此時的充電器溫度，大概是56攝氏度，這也滿足了目前國際更嚴苛的IEC77度溫控標準。

這種溫控表現，和內部的ACF電路有一定關係，這種電路設計能讓氮化鎵晶片高頻運作的時候，減少並回收利用電能傳輸中產生的損耗，保證了電利用率的同時，降低了發熱量。

仔細想想，對於經常出差或者旅遊的朋友來說，只需要在包裡塞一個那麼小的充電器，就可以給身上的各種裝置充電。

最後我們有個感嘆，矽這種半導體材料的應用，使得計算機得到普及，並徹底改變了人類的生活方式。

那麼，氮化鎵這種第三代半導體材料，又會如何影響我們的生活呢？或許，就是從一顆小小的充電器開始。

所以，如果你經常出遠門，或者僅僅是對氮化鎵充滿好奇，可以點選此處，去感受一下這款Anker氮化鎵超能充。

參考資料：

1.90後移動網際網路調研報告，360網際網路安全中心，2021.5

2.解決電量焦慮，快充無線充關注度提升，東方財富證券，2020.7.2

3.氮化鎵是如何讓充電器變小的，厲害的朋友圈，2020.8.5